白 禹，李國勇，王 慧，駱建林

(貴陽學(xué)院 大學(xué)科技園管理中心，貴州 貴陽 550005)

2017年2月，教育部印發(fā)了《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，明確提出小學(xué)科學(xué)課程起始年級(jí)調(diào)整為一年級(jí)且原則上要按照小學(xué)一、二年級(jí)每周不少于1課時(shí)安排課程。2017年7月,國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵(lì)社會(huì)力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣。信息時(shí)代給科學(xué)教育專業(yè)提出了新任務(wù)，也給算法與程序設(shè)計(jì)課程提出了新要求。

1 科教專業(yè)算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀與困境

科教專業(yè)不同于信息類的專業(yè)，科教專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生的目的不是成為一名信息技術(shù)從業(yè)者，而是能承擔(dān)中小學(xué)編程教學(xué)的教師。因此，就需要確定三個(gè)教學(xué)任務(wù)：(1)熟悉一門易懂易學(xué)的編程語言；(2)通過編程訓(xùn)練了解和掌握計(jì)算思維，計(jì)算思維包括從現(xiàn)實(shí)中抽象概括的思維、將復(fù)雜問題分解的思維以及算法建模的邏輯思維；(3)學(xué)會(huì)如何將編程能力和計(jì)算思維整合以后向中小學(xué)生傳輸。

算法與程序設(shè)計(jì)以C語言教學(xué)為主，優(yōu)點(diǎn)在于：(1)C語言是一門在教學(xué)、科研與生產(chǎn)中使用非常頻繁的語言，市面上具有大量優(yōu)秀的教材與教輔資料，而且網(wǎng)上也有非常多優(yōu)秀的C語言開發(fā)課程，能方便學(xué)生進(jìn)行資料查找與拓展學(xué)習(xí)；(2)對(duì)于科教專業(yè)的學(xué)生來說，C語言的學(xué)習(xí)有利于親近硬件，理解硬件。為進(jìn)行后續(xù)的Arduino課程的學(xué)習(xí)，可以很快地理解和上手；(3)可以為學(xué)生自學(xué)別的編程語言，諸如Python、R語言、Java等，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

但是，通過長期調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于這門課的滿意度與獲得度都不高，因此，這門課的通過難度大。其中一個(gè)最主要原因就是C語言教學(xué)。嘗試了很多種教學(xué)方法的引入進(jìn)行教學(xué)改革，效果仍然不理想。對(duì)原因深層剖析如下：

其一，專業(yè)中貧困生多，農(nóng)村學(xué)生多，在高中階段，基本沒有接觸過編程語言，民族地區(qū)信息技術(shù)發(fā)展仍然滯后，少數(shù)民族中小學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)偏低。[1]很多同學(xué)坦言這是第一次接觸編程語言。C語言、C++以及Pascal是全國青少年信息學(xué)奧林匹克競賽(NOIP)指定用語。CCF NOI2019正式選手獲獎(jiǎng)中，貴州尚無獲得金牌和銀牌，只有三塊銅牌。多年來，難有金牌和銀牌。因此在初高中編程語言的掌握程度不高。

其二，二本學(xué)校的學(xué)生普遍英語和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差。由于英文基礎(chǔ)差，即使編程語言中只有少量的英文單詞，也會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生畏懼情緒。特別是計(jì)算機(jī)教材的例子中的變量名、函數(shù)名等，很多都是選取英文單詞進(jìn)行簡寫。進(jìn)一步加劇了這一種情況。學(xué)生變成了強(qiáng)行記憶字母組合，而不是根據(jù)變量需要存儲(chǔ)的值的意義的英文單詞的簡寫，這樣去記憶。無疑加大了工作量，而且在程序書寫時(shí)，常常由于記憶錯(cuò)誤而造成程序出錯(cuò)。計(jì)算機(jī)算法需要數(shù)學(xué)功底和邏輯思維能力。由于學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差，因此學(xué)生比較抵觸枯燥的算法邏輯的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率不高。

其三，二本學(xué)校的學(xué)生專注力與自制力較差。高校的專業(yè)課程門類多，而且難有如同高中大量的習(xí)題課與復(fù)習(xí)安排。高校的學(xué)習(xí)模式?jīng)Q定了學(xué)生需要自己花大量的精力在課前課后學(xué)習(xí)。二本學(xué)校的學(xué)生專注力與自制力在豐富多彩的高校生活面前更加脆弱。因此，基本上靠課堂老師講解與練習(xí)。一門課程得不到大量的練習(xí)，就會(huì)造成越學(xué)越困難，甚至有不少學(xué)生從開始學(xué)習(xí)時(shí)的興趣滿滿到在中途放棄學(xué)習(xí)。

其四，C語言的編寫程序比較自由、語法格式不固定、語法細(xì)節(jié)多。[2]需要在一開始就要培養(yǎng)嚴(yán)格的代碼書寫規(guī)范。而且C語言難以做到編寫邊運(yùn)行。需要將整個(gè)程序基本寫完，才能運(yùn)行。每次運(yùn)行是從第一行代碼開始。這造成了學(xué)生難以很好地掌握編程。大量的精力用于去關(guān)注語法細(xì)節(jié)，加大了學(xué)習(xí)C語言的難度。

2 圖形塊語言Blockly的概述

Blockly是一個(gè)開源的開發(fā)者庫，用于添加基于代碼塊的應(yīng)用程序，由Google開發(fā)并維護(hù)的，于2012年6月進(jìn)行了發(fā)布。[3,4]Blockly增加了一個(gè)可視化代碼編輯器的網(wǎng)頁和移動(dòng)應(yīng)用程序。Blockly編輯器使用互鎖的圖形塊來表示諸如變量、邏輯表達(dá)式、循環(huán)等代碼概念。它允許用戶應(yīng)用編程原則，而不必過多地關(guān)注語法或命令行上閃爍光標(biāo)。這樣可以將大量的時(shí)間投入到計(jì)算思維的培養(yǎng)上面。Blockly將代碼塊變成了類似于積木的圖形塊構(gòu)成，這使得用戶從枯燥的碼代碼變成了可以通過類似玩拼圖方式。將一個(gè)個(gè)代碼塊按照一定的順序拼接起來，實(shí)現(xiàn)簡單功能，然后再將每一個(gè)簡單功能進(jìn)行組合起來，最終構(gòu)成實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整功能的程序。Blockly可以在多個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行編程與運(yùn)行，包括Windows、Linux、iOS以及Android。

與其他圖形塊編程語言最大的不同在于，Blockly可以將代碼自動(dòng)轉(zhuǎn)化為JavaScript、Python、PHP、Lua、Dart以及XML這六種程序語言。這使得學(xué)生在掌握Blockly的基礎(chǔ)上，平穩(wěn)地過渡到其他更為常用的編程語言。這種特性，正好是Blockly能成為一門優(yōu)秀的教學(xué)語言所具備的特性，能起到承上啟下的作用，而不至于讓別的語言的學(xué)習(xí)有突兀感，需要重新學(xué)習(xí)很多知識(shí)?？梢栽趯W(xué)習(xí)Blockly的同時(shí)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展教學(xué)，為學(xué)習(xí)其他語言打下基礎(chǔ)。Blockly的代碼編輯器提供中文界面，這使得英語基礎(chǔ)差的同學(xué)不產(chǎn)生一開始的畏懼心理。

3 圖形塊語言Blockly的教學(xué)目標(biāo)

算法與程序設(shè)計(jì)使用Blockly語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)與算法展示，通過以設(shè)計(jì)為中心的小游戲，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)概念和高級(jí)應(yīng)用融合，將理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合在一起。學(xué)生通過設(shè)計(jì)游戲，掌握知識(shí)點(diǎn)，鞏固教學(xué)內(nèi)容。教師透過游戲的設(shè)計(jì)，反思學(xué)習(xí)效果。最終的目的是使學(xué)生在掌握Blockly的同時(shí)，得到編程素養(yǎng)、邏輯思維能力以及實(shí)踐技能的鍛煉，為獨(dú)立的解決實(shí)際問題打下基礎(chǔ)。具體的教學(xué)目標(biāo)有以下幾個(gè)方面：

3.1 知識(shí)目標(biāo)

了解Blockly的概念和應(yīng)用范圍；掌握Blockly的編程方式；掌握Blockly的八大代碼塊類型：邏輯、循環(huán)、數(shù)學(xué)、文本、列表、顏色、變量以及函數(shù)；了解算法的概念和表示方法，特別是搜索算法與排序算法；掌握字符串的處理；掌握鏈表的概念與運(yùn)用，包括動(dòng)態(tài)鏈表和數(shù)字鏈表；掌握項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)流程；了解中小學(xué)生編程學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。

3.2 能力目標(biāo)

算法與程序設(shè)計(jì)以“培養(yǎng)計(jì)算思維”“提高創(chuàng)新能力”“提升中小學(xué)信息教育”為宗旨。作為科教專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，培養(yǎng)學(xué)生具備從現(xiàn)實(shí)中抽象歸納問題的能力，簡單趣味游戲程序開發(fā)能力以及中小學(xué)信息技術(shù)教育能力，為貴州中小學(xué)基礎(chǔ)教育輸送更多優(yōu)質(zhì)的能勝任信息技術(shù)教育的人才。

4 圖形塊語言Blockly的教學(xué)實(shí)施計(jì)劃

教學(xué)過程中，按照“基本語言塊和基礎(chǔ)概念的講解-應(yīng)用舉例-設(shè)計(jì)題目-程序設(shè)計(jì)-編寫與實(shí)現(xiàn)-總結(jié)”這樣的流程進(jìn)行。通過基本語言塊和基礎(chǔ)概念的講解，將基本應(yīng)該掌握的知識(shí)點(diǎn)講解透徹。通過應(yīng)用舉例，進(jìn)一步講解和演示知識(shí)點(diǎn)的具體用法。利用精心設(shè)計(jì)的題目，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)程序，鞏固所學(xué)的知識(shí)。經(jīng)過模型的建立、代碼的編寫以及功能的實(shí)現(xiàn)，能讓學(xué)生熟悉程序設(shè)計(jì)的基本開發(fā)模式與算法流程。最后，通過總結(jié)歸納，整理收獲。

整個(gè)Blockly課堂教學(xué)的時(shí)間分配，首先前10分鐘的時(shí)間，進(jìn)行知識(shí)講解，接下來的15分鐘，進(jìn)行應(yīng)用舉例，向?qū)W生演示編程的技巧與用法。然后用45分鐘的時(shí)間，讓學(xué)生完成一個(gè)簡單的程序設(shè)計(jì)，在學(xué)生編程的同時(shí)，巡查發(fā)現(xiàn)學(xué)生的編程問題。在學(xué)生課堂練習(xí)結(jié)束后，利用10分鐘的時(shí)間，對(duì)學(xué)生的成果進(jìn)行展示，并進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，提出不足，如何進(jìn)行改進(jìn)完善的思路，最后10分鐘進(jìn)行課堂教學(xué)總結(jié)，并且重點(diǎn)講解學(xué)生遇到的共性問題，以及如何處理這些問題的方法。

算法與程序設(shè)計(jì)是一門基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)踐能力培養(yǎng)為主的課程，側(cè)重考查學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用知識(shí)的能力。因此，這門課采取考察的形式。最后的綜合成績=期末成績(50%)+平時(shí)課堂成績(50%)。期末考查以實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的游戲?yàn)橐蟆某绦蛟O(shè)計(jì)邏輯，代碼的優(yōu)化等幾個(gè)方面來評(píng)分。而平時(shí)課堂成績，主要是學(xué)生每一次的課題實(shí)踐作品的評(píng)分。

5 結(jié)論

綜上所述，Blockly比C語言能更好地完成算法與程序設(shè)計(jì)的教學(xué)要求。而且，Blockly將會(huì)在非計(jì)算機(jī)的教育類專業(yè)應(yīng)用的越來越多。通過教改探索，為科教專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)在計(jì)算機(jī)教學(xué)方面提供一條新的思路。